AM超外差式收音机的设计与实现毕业设计产品说明书.pdf

目目 录录 摘 要.1 第 1 章 任务与要求.2 1.1 课题概述.2 1.2 设计内容与要求.4 第 2 章 引 言.5 2.1 研究背景.5 2.2 论文研究目标和意义.6 2.3 论文章节安排.6 第 3 章 方案论证与设计.7 3.1 仿真平台 SystemView 的介绍.7 3.2 总体设计分析.9 3.3 方案的选择与设计.10 3.3.1 AM 调制.10 3.3.2 DSB 调制.12 3.3.3 SSB 调制.14 3.4 三种幅度调制系统的比较.18 3.5 AM 超外差收音机仿真模型.18 第 4 章 硬件电路设计.23 4.1 超外差式调幅收音机电路原理图.23 4.2 超外差式调幅收音机的工作原理分析.23 4.2.1 输入调谐电路.23 4.2.2 变频电路.24 4.2.3 中频放大电路.25 4.2.4 检波和自动增益控制电路.25 4.2.5 前置低放电路.26 4.2.6 功率放大器(OTL 电路).27 第 5 章 电路调试.29 5.1 调整各级晶体三极管的静态工作点.29 5.2 调整中频频率.29 5.3 调整频率范围.30 5.4 跟踪统调.30 第 6 章 心得体会.31 参考文献.32 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 1 摘摘 要要 超外差式收音机和简易型收音机相比，虽然线路比较复杂，晶体管和元件用的较多，因而成本较贵，但无论在灵敏度、选择性、音量和音质等方面，都远优于简易型收音机。本设计首先介绍了超外差收音机的基本原理，利用SystemView 平台对 AM 的工作原超外差收音机理进行了系统仿真。并完成超外差收音机的硬件设计。关键字：超外差关键字：超外差 SystemViewSystemView张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 2 第第 1 1 章章 任务与要求与要求 1.1 课题概述课题概述 简单收音机为了提高灵敏度指标增加了高放级，但高放级级数的增加是有限度的，如果为了提高灵敏度而加多高放级，则不但统调困难，更易发生寄生振荡。另一个原因在于：晶体管电路对高中低频带的表现是不同的，这就造成了整个收音频带内的指标不和谐。如果能把收音机固定在一个频带上工作，它的收音质量当然很好，不过事实上许多广播电台并不都挤在一个不大的频带上广播，而是分布在一个很宽的频带中进行广播。因而，只能在改进收音机的电路上想办法，把这些分散在各波的电台，在收音机里变成一个预定的频率，这样，就能很好地加以放大了。超外差电路就是这样的装置。它将所要收听的电台在调谐电路里调好以后，经过电路本身的作用，就变成另外一个预先确定好的频率，然后再进行放大和检波。这个固定的频率，是由差频的作用产生的。如果我们在收音机内制造一个振荡电波(通常称为本机振荡)，使它和外来高频调幅信号同时送到一个晶体管内混合，这种工作叫混频。由于晶体管的非线性作用导致混频的结果就会产生一个新的频率，这就是外差作用。采用了这种电路的收音机叫外差式收音机，混频和振荡的工作，合称变频。外差作用产生出来的差频，习惯上我们采用易于控制的一种频率，它比高频较低，但比音频高，这就是常说的中间频率，简称中频。任何电台的频率，由于都变成了中频，放大起来就能得到相同的放大量。图 1.1 超外差式收音机的方框图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 3 上图示出了超外差式收音机的方框图。可以看出，调谐回路的输出，进入混频级的是高频调制信号，即载波与其携带的音频信号。经过混频，输出载波的波形变得很稀疏其频率降低了，但音频信号的形状没有变。通常将这个过程(混濒和本振的作用)叫做变频。变频很象货物转运。货物从遥远的地方由火车运到终点车站，然后由汽车转运到目的地。货物内容没有变，但运输工具由火车改为汽车。还可以再作简单归纳：变频仅仅是载波频率变低了，并且无论输入信号频率如何变化最终都变为 465KHz(备注：这个频率各国不同，或 455KHz)，而音频信号(包络线的形状)没变。这包络线正是我们运输的货物。混频器输出的携音频包络的中频信号由中频放大电路进行一级、两级甚至三级中频放大，从而使得到达二极管检波器的中频信号振幅足够大。二极管将中频信号振幅的包络检波出来，这个包络就是我们需要的音频信号。音频信号最后交给低放级放大到我们需要的电平强度，然后推动扬声器发出足够的音量。若要求超外差式收音机得到更高的灵敏度，在调谐回路与混频之间还可以加入高频放大级然后再去混频。超外差式收音机能够大大提高收音机的增益、灵敏度和选择性。因为不管电台信号频率如何都变成为中频信号，然后都能进入中频放大级，所以对不同频率电台都能够进行均匀地放大。中放的级数可以根据要求增加或减少，更容易在稳定条件下获得高增益和窄带频响特性。此外，由于中频是恒定的，所以不必每级都加入可变电容器选择电台，避免使用多联同轴可变电容器，而只需在调谐回路和本振回路用一只双连可变电容器就可完成选台。现在，绝大多数商品化收音机都是超外差式的。民用超外差式收音机的中频一般选择在 465kHz 或 455KHz。混频器的输出回路和中领变压器专门对 465kHz 或 465KHz 谐振。为什么固定在一个频率能够选择电台呢?原来，仍是调谐回路调选到电台，但本地振荡电路的工作频率随着调谐回路的频率变化，即本振频率总比电台的频率高一个中频，并且中频信号的振幅包络与高频信号的振幅包络完全相同，这就使得音额信号能够通过检波器再现。假设一个收音机工作在 800KHz 到 1800KHz，中频工作在 470KHz，那么本地振荡频率应当在 800+4701270kHz 到 1800+4702270kHz 之间变化。当然如果本地振荡频率从 1800-4701330KHz 到 18000-4701330KHz 间变化，即比电台总低 470kHz 的频率，那么仍旧能够得出差频 470KHz 的结果。但实际生产的收音机中张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 4 的本振频率是选高于电台信号频率的。因此电台信号频率或称调幅信号频率(Fs)与本地振荡频率(Fo)和中频频率(IF)之间的关系为 Fo-Fs=IF。从上面分析可知高于本振一个中频或者低于本振一个中频的电台信号都能够进入中频放大器，从而在收音机中产生干扰，这种干扰叫做镜像干扰，两信号的频率叫做镜像频率。解决镜像干扰的基本方法就是提高输入调谐回路的选择性，使本振频率严格高于电台信号的频率，在上例中当本振频率为 1270KHz 时，调谐回路尖锐地选择在 800KHz，那么镜像频率 1740KHz 就难以进入调谐回路引起干扰。在超外差式收音机中，有时还有一些附加装置，如自动增益控制、调谐指示、负反馈、温度补偿等电路。加了这些电路，使得收音机在质量上和使用上都更趋完善,而且其中有些电路已成为不可缺少的部分。超外差式收音机的中频放大电路采用了固定调谐的电路，这一特点使它比其他收音机优越得多，综合起来有如下优点：(1)用作放大的中频，可以选择那些易于控制的、有利于工作的领率(我国采用的中频频率为 465 千赫)，以便适合于管子和电路的性质，能够得到较为稳定和最大限度的放大量。(2)各个波段的输入信号都变成了固定的中频，电路将不因外来频率的差异而影响工作，这样各个频带就能够得到均匀的放大，这对于频率相差很大的高频信号(短波)来说，是特别有利的。(3)如果外来信号和本机振荡相差不是预定的中频，就不可能进入放大电路。因此在接收一个需要的信号时，混进来的干扰电波首先就在变频电路被剔除掉，加之中频放大电路是一个调谐好了的带有滤波性质的电路，所以收音机的选择性指标很高。超外差式收音机和简易型收音机相比，虽然线路比较复杂，晶体管和元件用的较多，因而成本较贵，但无论在灵敏度、选择性、音量和音质等方面，都远优于简易型收音机。它与简易型收音机不同的地方是增加了两个部分：变频级和中频放大级。除此以外，检波级及音频放大级和简易型半导体收音机里所用的电路没有什么两样。1.2 设计内容与要求设计内容与要求 1）完成设计方案的论证与设计（收音机的仿真）。2）确定设计方案，绘制电路原理图。3）完成设计内容并完全掌握其内部结构、工作原理和安装调试过程。4）完成硬件电路设计和电路调试部分。5）总结本次的论文设计。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 5 第第 2 2 章章 引引 言言 2.1 研究背景研究背景 收音机的历史并不长，从 1904 年英国物理学家发明世界上第一只电子二极管至今不足百年，半导体的问世仅有 50 多年。我国直到 20 世纪 60 年代，才研制出 1 只晶体管的“单管收音机”和三四只晶体管的“来复式收音机”。这些“老古董”随着新产品的不断推出，早已被人们废弃了，保存到现在的已相当不容易了。作为科技发展的见证，它们具有很高的史料文物价值。随着电视机、VCD、DVD、电脑等先进媒体逐渐流行普及，收音机的用处和地位越来越小了。作为半个世纪电子工业发展的缩影和历史的见证，收音机曾经在经济、文化、体育、军事、气象、教育等诸多方面扮演着非常重要的角色，一度是人们家庭中的豪华摆设品。随着科技和社会的进步，三十年前青年结婚时兴的“三大件”中的“老大”，如今成了“文物”，成了收藏者追宠的对象，很值得留心收藏。收音机从体积大小上可以基本分为袖珍型、便携式、台式收音机；从波段上可以基本分为调频与中波二波段收音机、短波与调频二波段收音机、短波与中波二波段收音机、3-4 多波段收音机（调频/中波/1-2 短波）、5-14 多波段收音机（调频/中波/3-12 个短波）。目前市场上单波段、二波段收音机较少，融调频、中波与短波为一体的多波段收音机为多；从功能上可以基本分为传统机械调谐指针式收音机、非存储模拟调谐数显收音机、能存储电台频率的 PLL 合成电子数字调谐机；从生产基地上可以基分为进口机与国产机；从发烧程度上可以分为普及机与发烧机。直接放大式（直放式）收音机电路简单，一般只用 14 只晶体管和一些基本元件，易于安装调试，成本低，但灵敏度比较低，只能接受本地区强信号的电台，接收远地电台的能力较弱，它的选择性差，接收相邻频率的电台信号时存在串台现象。为了克服以上不足，从而引入“超外差”这一概念。“外差”是输入信号和本机振荡信号产生差频的过程。“超外差”是输入信号和本机振荡信号产生一个固定中频信号的过程。因为它是比高频信号低、又比低频信号高的超音频信号，所以这种接收方式叫超外差式。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 6 2.2 论文研究目标和意义论文研究目标和意义（1）了解超外差式收音机的工作原理和内部结构。（2）熟练掌握超外差式收音机的安装工艺及调试过程。（3）培养学生动手能力和思维能力。（4）丰富自身知识，增加学生专业知识的了解。（5）训练学生用实验方法分析。研究电子学问题。（6）培养学生养成工作品德和严肃的实验态度。（7）引导和启发学生将模拟电路、数学逻辑电路与科学研究和实践相结合，为今后的学习、工作打下良好的基础。2.3 论文章节安排论文章节安排 本论文大致可分为 3 部分：第一部是本文的摘要及引言；第二部分包含第三章至第五章，给出主要内容超外差式收音机的原理以及仿真；第三部分包括第六章，是论文总结及相关文献。本文的内容组织安排如下：第一章主要是论文摘要和目录。第二章讲述论文的研究背景、论文研究目标以及章节安排。第三章是论文的重点内容，超外差式收音机的论证部分。第四章是关于收音机的硬件电路部分包含原理图和信号处理。第五章是电路调试部分，步骤、结论、故障分析。第六章是心得体会和参考文献。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 7 第第 3 3 章章 方案论证与设计方案论证与设计 3.1 仿真平台仿真平台 SystemView 的介绍的介绍 本设计采用 SystemView 平台进行系统仿真，SystemView 是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真、能满足从信号处理、滤波器设计，到复杂的通信系统等要求。SystemView 借助大家熟悉的 Windows 窗口环境，以模块化和交互式的界面，为用户提供一个嵌入式的分析引擎。SystemView 由两个窗口组成，分别是系统设计窗口的分析窗口。系统设计窗口，包括标题栏、菜单栏、工具条、滚动条、提示栏、图符库和设计工作区。所有系统的设计、搭建等基本操作，都是在设计窗口内完成。分析窗口包括标题栏、菜单栏、工具条、流动条、活动图形窗口和提示信息栏。提示信息栏显示分析窗口的状态信息、坐标信息和指示分析的进度；活动图形窗口显示输出的各种图形，如波形等。分析窗口是用户观察 SystemView 数据输出的基本工具，在窗口界面中，有多种选项可以增强显示的灵活性和系统的用途等功能。在分析窗口最为重要的是接收计算器，利用这个工具我们可以获得输出的各种数据和频域参数，并对其进行分析、处理、比较，或进一步的组合运算。例如信号的频谱图就可以很方便的在此窗口观察到。使用 SystemView,我们不用关心项目的设计思想和过程，而不用花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。我们只用鼠标点击器图标即可完成系统的建模、设计和测试，而不用学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。SystemView 仿真系统具有许多的优点：1.能仿真大量的应用系统。能在 DSP、通讯和控制系统应用中构造复杂的模拟、数字、混合和多速率系统。具有大量的可选择的库，允许用户有选择地增加通讯、逻辑、DSP 和射频/模拟功能模块。特别适合于无线电话、无绳电话、调制解调器以及卫星通信系统等的设计；课进行各种系统是与/频域分析和谱分析；对射频/模拟电路进行理论分析和失真分析。2.快速方便的动态系统设计与仿真。SystemView 图标库包括几百种信号源、接收端、操作符合功能块，提供从DSP、通信、信号处理、自动控制、直到构造通用数学模型等应用。信号源和接收端图标允许在 SystemView 内部生成和分析信号，并提供可外部处理的各种文件格式和输入/输出数据接口。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 8 3.在报告中方便地加入 SystemView 的结论。SystemView 通过 Notes(注释)很容易在屏幕上描述系统；生成的 SystemView系统饿输出的波形图可以很方便地使用复制和粘贴命令插入微软 word 等文字处理器。4.提供基于组织结构图方式的设计。通过利用 SystemView 中的图符和 MetaSystem(子系统)对象的无限制分层结构功能，SystemView 能很容易地建立复杂的系统。5.多速率系统和并行系统。SystemView 允许合并多种数据采样率输入的系统，以简化 FIR 滤波器的执行。这种特性尤其适合于同时具有低频和高频部分的痛 ixnxitongd 而设计于仿真，有利于提供整个系统的仿真速度，而在局部又不会降低仿真的精度。同时还可以降低对计算机硬件配置的要求。6.完备的滤波器和线性系统设计。SystemView 包含一个功能强大的、很容易使用的图形模板设计模拟和数字以及离散和连续时间系统的环境，还包含大量的 FIR/IIR 滤波类型和 FFT 类型，并提供易于用 DSP 实现滤波器或线性系统的参数。7.先进的信号分析和数据块处理。SystemView 提供的分析窗口是一个能够提供系统波形详细检查的交互式可视环境。分析窗口还提供一个能岁仿真生成数据进行先进的块处理操作的接受计算器。SystemView 还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查系统波形。内部数据的图形放大、缩小、滚动、谱分析、标尺以及滤波等，全部都是通过敲击鼠标器实现的。8.课扩展性。SystemView 允许用户插入自己用 C/C+编写的用户代码库，插入的用户库自动集成到 SystemView 中，如同系统内建的库一样使用。9.完善的自我诊断功能。SystemView 能自动执行系统连接检查，通知用户连接出错并通过显示指出出错的图符。这个特点对用户系统的诊断是十分有效的。总之，SystemView 的设计者希望它成为一种强大有力的基于个人计算机的动态的通信系统仿真工具，以实现在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 9 3.2 总体设计分析总体设计分析 模拟调制系统可分为线性调制和非线性调制，本课程设计只研究线性调制系统的设计与仿真。线性调制系统中，常用的方法有 AM 调制，DSB 调制，SSB调制。线性调制的一般原理：载波：)cos()(0+=tAtsc 调制信号：)cos()()(0+=ttAmtscm 式中()tm基带信号。线性调制器的一般模型如图 3-1 图 3-1 线性调制系统的一般模型 在该模型中，适当选择带通滤波器的冲击响应()th，便可以得到各种线性调制信号。线性解调器的一般模型如图 3-2 图 3-2 线性解调系统的一般模型 其中()tsm已调信号，()tn信道加性高斯白噪声。()tm ()tsm()tccos 乘法器()th()tm ()tsm ()tn 带通滤波器 加法器 解调器 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 10 3.3 方案的选择与设计方案的选择与设计 3.3.1 AM 调制 AM 调制解调原理：标准调幅就是常规双边带调制，简称调幅(AM)。假设调制信号()tm的平均值为 0，将其叠加一个直流分量0A 后载波相乘(图 3-3)，即可形成调幅信号。其时域表达式为()()00coscoscosAMcccSAm ttAtm tt=+=+式中：0A 为外加的直流分量；()tm可以是确知信号，也可以是随机信号。设计的 AM 调制模型如图 3-3 ()tm ()tSAM 0A tccos 图 3-3 AM 调制模型 本电路采用了相干解调的方法进行解调，其组成方框图如图 3-4 AM 调制解调仿真电路：根据以上原理用SystemView仿真出来的电路图如图 3-5 乘法器 低通滤波器()tsm ()tm()ts 图 3-4 相干解调法组成框图 加法器 乘法器 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 11 具体参数：调制信号幅值：1V 调制信号频率：10 载波频率：450 在此设计的通信系统中，信道内无高斯白噪声。AM 调制解调仿真仿真波形：仿真后的波形如图 3-6 图 3-6 AM 调制系统仿真波形 图 3-5 AM 调制系统的仿真图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 12 其中基带信号频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱如下图 3-7 所示 图 3-7 频谱比较图 AM 调制系统仿真结果分析：AM 调制为线性调制的一种，由图 3-6 可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图 3-7 可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。用相干解调法解调出来的信号与基带信号基本一致，实现了无失真传输。3.3.2 DSB 调制 DSB 调制解调原理：在图 3-8 中如果输入的基带信号没有直流分量，且()th是理想带通滤波器，则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号，或称双边带抑制载波(DSB-SC)信号，简称 DSB 信号，其时域表示式为()()0cos+=tAtscm 设计的 DSB 调制及解调模型如图 3-8 图 3-8 DSB 调制与解调模型 DSB 调制解调仿真电路 根据以上原理用 SystemView 仿真出来的电路图如图 3-9 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 13 图 3-9 DSB 调制系统的仿真图 具体参数为：基带信号幅图值：1V，基带信号频率：300，载波频率：1000。在此设计的通信系统中，信道内加入的是高斯白噪声，幅值为 1V。DSB 调制解调仿真波形 仿真后的波形如图 3-10 图 3-10 DSB 调制仿真后波形 其中基带信号频谱、已调信号频谱及解调后信号频谱图如下 3-11 所示 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 14 图 3-11 DSB 调制过程中的各信号的频谱比较图 DSB 调制解调仿真结果分析：DSB 调制为线性调制的一种，由图 3-10 可以看出，在波形上，已调信号的幅值随基带信号变化而呈正比地变化；由图 3-11可以看出，在频谱结构上，它完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。且由频普图可看出没有载波分量，从而实现发送功率的提高。用相干解调法解调出的信号与基带信号基本一致，只是在时域上有一定的延时，但也实现了无失真传输。3.3.3 SSB 调制 双边带已调信号包含有两个边带，即上、下边带。由于这两个边带包含的信息相同，因而，从信息传输的角度来考虑，传输一个边带就够了。所谓单边带调制，就是只产生一个边带的调制方式。SSB 调制解调原理：利用图 3-8 所示的调制器一般模型，同样可以产生单边带信号。若加高通滤波器，能产生上边带信号；若加低通滤波器，则产生下边带信号。下边带时域表达式为()()()ttmttmtsccmsin5.0cos5.0+=上边带 SSB 信号时域表达式为：()()()ttmttmtsccmsin5.0cos5.0=张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 15 SSB 调制解调仿真电路：根据以上原理用 SystemView 仿真出来的电路图如图 3-12 图 3-12 SSB 调制系统仿真图 SSB调制解调仿真波形：利用高通滤波器对DSB信号进行滤波得到上边带，如仿真图 3-13 所示的时域波形及频谱波形 图 3-13 SSB 调制系统上边带时域仿真波形 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 16 图 3-14 SSB 调制系统上边带频域仿真波形 利用低通滤波器对 DSB 信号进行滤波得到下边带，如仿真图 3-15 所示的时域波形及频谱波形 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 17 图 3-15 SSB 调制系统下边带时域仿真波形 图 3-16 SSB 调制系统下边带频域仿真波形 SSB 调制解调仿真结果分析：SSB 线性调制的一种，在波形上已调信号的张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 18 幅值随基带信号变化而呈正比地变化；在频谱结构上，功率谱密度主要集中在50,与理论相符.解调信号与原信号基本相同,实现无失真传输。3.4 三种幅度调制系统的比较三种幅度调制系统的比较 假设所有系统在接收机输入端具有相等的输入信号功率()tsi，且加性噪声都是均值为 0、双边功率谱密度为2/0n的高斯白噪声，基带信号()tm的带宽均为mf。假设()tm为正弦波信号。1.抗噪声性能 由以上各调制波形及解调波形可以看出，DSB 调制系统抗噪声性能最好。最差的是 AM 调制系统。2.频带利用率 SSB 的带宽最窄，和基带信号的带宽一致，即其频带利用率最高，而 AM 和DSB 调制系统的带宽都是基带信号带宽的 2 倍。3.特点与应用 AM 调制的优点是设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。AM 制式主要用在中波和短波的调幅广播中。DSB 调制的优点是功率利用率高，且带宽与 AM 相同，但接受要求同步解调，设备较复杂。应用较少，一般只用于点对点的专用通信。SSB 调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力优于 AM，而带宽只有 AM 的一半；缺点是发送和接受设备都很复杂。鉴于这些特点，SSB 长用于频分多路复用系统中。3.5 AM 超外差收音机仿真模型超外差收音机仿真模型 根据上述比较结果 确定AM调制技术作为毕业设计方案，设计仿真模型如图3-17所示。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 19 图 3-17 超外差收音机系统仿真模型 仿真波形如下所示：图 3-18 接收信号张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 20 图 3-19 接收信号频谱图 图 3-20 中频信号 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 21 图 3-21 中频信号频谱图 图 3-22 中频带通 图 3-23 中频带通频谱图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 22 图 3-24 检波输出 图 3-25 检波输出频谱图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 23 第第 4 4 章章 硬件电路设计硬件电路设计 4.1 超外差式调幅收音机电路原理图超外差式调幅收音机电路原理图 如图 4-1 为超外差式收音机的电原理图：图 4-1 超外差式收音机的电原理图 4.2 超外差式调幅收音机的工作原理分析超外差式调幅收音机的工作原理分析 超外差式收音机主要由输入电路、混频电路、中放电路、检波电路、前置低频放大器、功率放大电路和喇叭或耳机组成。4.2.1 输入调谐电路 输入调谐电路由双连可变电容器的 CA 和 T 1 的初级线圈 Lab 组成，是一并张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 24 联谐振电路，T l 是磁性天线线圈，从天线接收进来的高频信号，通过输入调谐电路的谐振选出需要的电台信号，电台信号频率是 f=l2LabCA，当改变 CA时，就能收到不同频率的电台信号。图 4-2 输入调谐电路 4.2.2 变频电路 本机振荡和混频合起来称为变频电路。变频电路是以 VT l 为中心，它的作用是把通过输入调谐电路收到的不同频率电台信号(高频信号)变换成固定的465KHz 的中频信号。VT l、T2、CB 等元件组成本机振荡电路，它的任务是产生一个比输入信号频率高 465 KHz 的等幅高频振荡信号。由于 C l 对高频信号相当短路，T l 的次级 Lcd 的电感量又很小，对高频信号提供了通路，所以本机振荡电路是共基极电路，振荡频率由 T2、cB 控制，CB 是双连电容器的另一连，调节它以改变本机振荡频率。T2 是振荡线圈，其初次绕在同一磁芯上，它们把 VT 1 的等电极输出的放大了的振荡信号以正反馈的形式耦合到振荡回路，本机振荡的电压由 T2 的初级的抽头引出，通过 C2 耦合到 VT 1 的发射极上。混频电路由 VT l、T3 的初级线圈等组成，是共发射极电路。其工作过程是：(磁性天线接收的电台信号)通过输入调谐电路接收到的电台信号，通过 Tl 的次级线圈 Lcd 送到 VT l 的基极，本机振荡信号又通过 C2 送到 VT l 和发射极，两种频率的信号在 T 1 中进行混频，由于晶体三极管的非线性作用，混合的结果产生各种频率的信号，其中有一种是本机振荡频率和电台频率的差等于 465KHz 的信号，这就是中频信号。混频电路的负载是中频变压器，T3 的初级线圈和内部电容组成的并联谐振电路，它的谐振频率是 465KHz，可以把 465KHz 的中频信号从多种频率的信号中选择出来，并通过 T3 的次级线圈耦合到下一级去，而其它信号几乎被滤掉。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 25 图 4-3 变频电路 4.2.3 中频放大电路 它主要由 VT2、VT3 组成的两级中频放大器。第一中放电路中的 VT2 负载是中频变压器 T4 和内部电容组成，它们构成并联谐振电路，谐振频率是 465KHz，与前面介绍的直放式收音机相比，超外差式收音机灵敏度和选择性都提高了许多，主要原因是有了中频放大电路，它比高频信号更容易调谐和放大。图 4-4 中频放大电路 4.2.4 检波和自动增益控制电路 中频信号经一级中频放大器充分放大后由 T4 耦合到检波管 VT3，VT3 既起放大作用，又是检波管，VT3 构成的三极管检波电路，这种电路检波效率高，有较强的自动增益控制(AGC)作用。AGC 控制电压通过 R3 加到 VT2 的基极，其控制过程是：外信号电压Vb3Ib3Ic3Vc3通过 R3 Vb2Ib2Ic2外信号电压 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 26 检波级的主要任务是把中频调幅信号还原成音频信号，C4、C5 起滤去残余的中频成分的作用。图 4-5 检波和自动增益控制电路 4.2.5 前置低放电路 检波滤波后的音频信号由电位器 RP 送到前置低放管 VT4，经过低放可将音频信号电压放大几十到几百倍，但是音频信号经过放大后带负载能力还很差，不能直接推动扬声器工作，还需进行功率放大。旋转电位器 RP 可以改变 VT4 的基极对地的信号电压的大小，可达到控制音量的目的。图 4-6 前置低放电路 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 27 4.2.6 功率放大器(OTL 电路)功率放大器的任务是不仅要输出较大的电压，而且能够输出较大的电流。本电路采用无输出变压器功率放大器，可以消除输出变压器引起的失真和损耗，频率特性好，还可以减小放大器的体积和重量。VT5、VT6 组成同类型晶体管的推挽电路，R7、R8 和 R9、R10 分别是 VT5、VT6 的偏量电阻。变压器 T5 做倒相耦合，C9 是隔直电容，也是耦合电容。为了减少低频失真，电容 C9 选得越大越好。无输出变压器的功率放大器的输出阻抗低，可以直接推动扬声器工作。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 28 图 4-7 OTL 电路 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 29 第第 5 5 章章 电路调试电路调试 如不经过调整，收音机可能收不到电台或声音很小，要提高收音机的灵敏度、选择性和收听频率范围，还必须经过调整。在通电调试之前，要对照印刷电路图认真检查元器件有无错漏的地方，焊点之间有没有短路现象，元器件引线之间有无相碰现象等。5.1 调整各级晶体三极管的静态工作点调整各级晶体三极管的静态工作点 晶体三极管的工作状态是否合适，会直接影响整机的性能，严重时甚至使整机不能工作。所谓工作状态的调整主要是指集电极电流的调整。图 1 中有“X”的地方为电流表接入处，线路板上留有四个测量电流的缺口，分别是 A、B、c、D 四个点，将电位器的开关打开(音量旋至最小即测量静态电流)，用万用表的10mA 档测量各点的三极管静态电流是 Icl03mA，Ic205mA，Ic42mA，Ic5，615mA，测量值与上述值差不多时可用。电烙铁将这四个缺口依次连接，再把音量开到最大，调双连拨盘即可收到电台声音。如果遇到某一级电流太大或太小时首先重点检查这一级三极管的极性和质量，然后检查三极管周围元件是否有问题。5.2 调整中频频率调整中频频率 就是通过调整中周的磁帽，使它谐振在 465KHz 上。调中周的工具应该使用无感起子，调中周最好使用高频信号发生器，使高频信号发生器输出 465KHz 的中频信号，用 1KHz 音频调制，调制度选 30。调整的方法是：首先，将本机振荡回路用导线短路，使它停振，以避免造成对中频调试工作的干扰。然后，将双连可变电容器调到最大值(逆时针旋到底)。打开收音机的电源开关 K，将音量电位器 RP 旋到最大，信号发生器的输出头碰触 VT2 的基极，调整T4，使扬声器发出 1KHz 的响声最响。然后由后级往前级，从基级输入信号，仅调整 T3、T4，使扬声器中声音最响，中频就调整好了。如果没有高频信号发生器，也可以利用一台成品收音机做信号源。从成品收音机的第二中周的次级(检波之前)焊出一根导线，串联一个 001 uF 的电容器作为中频输出端头，成品收音机调准一个电台，音量电位器旋到最小位置，测试张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 30 调整方法同上。这步调试完成后，将使本机振荡器停振的短路线去掉，以便进行下一步的调试工作。5.3 调整频率范围调整频率范围 调整频率范围也叫做调整频率覆盖。它是通过调整本机振荡线圈 T2 和振荡回路的补偿电容来实现。在中波波段，规定接收频率范围是 535KHz 到 1605KHz，也就是要求双连可变电容器全部旋入时能接收 535KHz 的信号，全部旋也时能接收 1605KHz 的信号。首先在低端收一个广播电台，例如武汉交通广播电台 603KHz 的广播。如果刻度盘指针位置比 603KHz 低，说明振荡线圈的电感量小了，可以把振荡线圈的磁帽旋进一点。反之，可以把振荡线圈的磁帽旋出一点，直到指针的位置在603KHz 处收到这个广播电台。然后在高端收一个广播电台，例如武汉楚天广播电台 1179KHz，如果指针的位置不在 1179KHz 处，要调整补偿电容器(双连背后)，直到指针的位置在 1179KHz处收到这个电台为止。5.4 跟踪统调跟踪统调 统调的目的是使本机振荡频率同天线回路频率始终相差 465KHz。当然这两个频率要处处保持相差 465KHz 是困难的。但是可以做到高、低二点相差 465KHz。先在低端接收一个广播电台，例如 603KHz 的广播，移动磁性天线线圈 T1 在磁棒上的位置，使扬声器的声音最响，低端统调就算初步完成了。再在高端接收一个广播电台，例如 1179KHz 的广播，调整天线回路中的补偿电容器(双连的背后)，使扬声器的声音最响，高端统调就初步完成了。由于高、低端相互影响，因此要反复调整几次。张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 31 第第 6 6 章章 心得体会心得体会 对于本次的毕业设计超外差式收音机收获很大。在之前的实习中，更多地是学会了焊接技术，对于原理并没有认识很清楚，即使收到了台也没有仔细考虑其中的原委。在科技日益发展的今天，高科技的电子产品应不暇，收音机似乎已经成为社会发展进步中的淘汰物，我们更多地是靠网络、电视去获取信息，收音机只在特定的时候会用到，比如考试时用来接收英语听力。课余闲暇，我们已经不会再用收音机去调自己喜欢的台，收听新闻、音乐或者故事，所以就在我们认为收音机已经不是生活中的必需品时，也就没有去留意它的工作原理。通过这次的毕业设计，我学习并掌握了晶体管超外差收音机的原理，了解了收音机各个部分的工作方式，通过实践巩固了课堂上学习的理论知识，也学会了收音机的仿真。从中学到了很多的东西，使自己的动手能力也有所提高，我想在以后的理论学习中我就能够明白自己的学习方向，增进专业知识的强化。学习是一种循序渐进的过程，不可以一蹴而就。如果之前的课程没有学好，对于收音机原理的理解就会非常困难。在本学期学习通信电路原理时，觉得课程内容难度很大，不好理解。通过本次收音机的设计，发展在通信电路原理中曾经学习的章节都在收音机的原理中运用结合起来，最后形成了我们手中的成品。同时我也对曾经学过的理论知识有了更深的理解。我也体会到理论知识不免会很枯燥，但只要与实际结合起来，就会变得趣味十足，也会更好被我们吸收理解。同时实践的过程也是检验我们是否真正理解理论知识的一种途径，只有当理论与实践相结合起来，学习才会变得有趣，并且有意义。对于今后的工作和学习也会有非常大的帮助，使自己可以熟练的掌握更多的技巧。在此也要感谢我的指导老师，在老师的认真、耐心的指导下我才能成功的完成这次的毕业论文设计，学会了更多的知识和技能，万分的感谢！张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 32 参考文献参考文献 1罗卫兵.SystmView 动态系统分析及通信系统仿真设计.西安：西安电子科技大学出版社，2001 2孙屹.SystmView 通信系统仿真开发手册.北京：国防工业出版社，2004 3青松.数字通信系统的 SystemView 仿真与分析.北京：北京航空航天大学出版社，2001 4曹志刚.现代通信原理.北京:清华大学出版社，1992 5樊昌信.通信原理（第五版）.北京:国防工业出版社，2001 6翁剑枫，叶志前.MATLAB LabVIEW SystemView 仿真分析基础.北京，机械工业出版社，2005 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 33 附录 附件一：超外差收音机原理框图 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 34 附件二：系统电路图：张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 35 附件三：元件清单 序号 名称 型号规格 位号 数量 张家界航空工业职业技术学院毕业设计说明书 36 1 三极管 9018 VT1、2、3 3 只 2 三极管 9014 VT4 1 只 3 三极管 9013H VT5、VT6 2 只 4 发光管 LED 1 只 5 磁棒线圈 T1 1 套 6 中周 红、白、黑 T1、T2、T3 3 个 7 输入变压器 T5 1 个 8 扬声器 BL 1 个 9 电阻器 100 R6、R8、10 3 只 10 电阻器 120 R7、R9 2 只 11 电阻器 330 、1